嵌入式系統(tǒng)開發(fā)入門課件

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)入門IntroductionofEmbeddedSystemDeveloping

主要內(nèi)容基本概念A(yù)RM微處理器實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來1嵌入式系統(tǒng)的概念I(lǐng)EEE對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義：

Embeddedsystemisakindofdeviceusedtocontrol,monitororassisttheoperationofequipment,machineryorplant.“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心和以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，并且軟硬件是可裁減的，能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標(biāo)的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式簡單的講就是把微處理器嵌入各種電子設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化。1-1嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)核?。阂话銘?yīng)用于小型電子裝置。專用性強(qiáng)：軟硬件結(jié)合緊密，針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。系統(tǒng)精簡：無系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)別。高實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)軟件：固化存儲(chǔ)，提高速度。多任務(wù)的操作系統(tǒng)：合理調(diào)度多任務(wù)，RTOS開發(fā)平臺(tái)。專門的開發(fā)工具和環(huán)境。2嵌入式微處理器X86系列Motolora系列ARM系列MIPS系列SH/HP-RISC等系列2-1X86系列起源于Intel架構(gòu)的8080，發(fā)展出286、386、486，直至現(xiàn)在的P4、Athlon和AMD的64位處理器。今天的Pentium和當(dāng)初的8080使用相同的指令集。保持兼容性，但限制了CPU性能的提高。例：486DX；GeodeSP1SC10；STPC。386EX和80188/186系列目前國內(nèi)在工業(yè)控制、通信領(lǐng)域的應(yīng)用很廣。2-3MIPSMicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages一種處理器內(nèi)核的標(biāo)準(zhǔn)，由MIPS技術(shù)公司開發(fā)。MIPS技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次的嵌入式32位、64位處理器的廠商。機(jī)頂盒設(shè)備、視頻游戲機(jī)、Cisco路由器、激光打印機(jī)。2-4ARM系列微處理器ARM（AdvancedRISCMachines）是一個(gè)CPU內(nèi)核。ARM公司自己并不生產(chǎn)或銷售芯片，它采用技術(shù)授權(quán)模式，通過出售芯片技術(shù)授權(quán)，收取授權(quán)費(fèi)與技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)。RISC：ReducedInstructionSetComputerARM公司作為16/32位處理器內(nèi)核的提供者，擁有100多家半導(dǎo)體合作伙伴，ARMcore是目前消費(fèi)類電子市場中市場占有量第一的CPU體系。隨著ARM/MIPS/ARC等成熟內(nèi)核的推出，很多過去沒有32位CPU研發(fā)能力的半導(dǎo)體公司進(jìn)入這一行列。ARM公司以知識(shí)產(chǎn)權(quán)核為主營業(yè)務(wù)IP核以三種形式存在。硬核軟核固核ARM公司研發(fā)的處理器核以上面的三種形式銷售

ARM發(fā)展簡史1985年4月26日，第一個(gè)ARM原型在英國劍橋的Acorn計(jì)算機(jī)有限公司誕生，由美國加州SanJoseVLSI技術(shù)公司制造。20世紀(jì)80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺(tái)式機(jī)產(chǎn)品，形成英國的計(jì)算機(jī)教育基礎(chǔ)。1990年成立了AdvancedRISCMachinesLimited（簡稱ARM公司）。20世紀(jì)90年代至今，ARM32位嵌入式RISC處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。如今成了移動(dòng)計(jì)算的領(lǐng)導(dǎo)者，并把觸角伸向上網(wǎng)本等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。2-5ARM處理器系列產(chǎn)品概況ARM處理器當(dāng)前有6個(gè)產(chǎn)品系列：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、SecurCore和Cortex。ARM7、ARM9、ARM10和ARM11是4個(gè)通用處理器系列，每個(gè)系列提供一套特定的性能來滿足設(shè)計(jì)者對(duì)功耗、性能和體積的需求。SecurCore是第5個(gè)產(chǎn)品系列，是專門為安全設(shè)備而設(shè)計(jì)的。來自于合作伙伴的產(chǎn)品例如：IntelXScale微體系結(jié)構(gòu)和StrongARM產(chǎn)品。Cortex-A8內(nèi)核的應(yīng)用舉例

——TI公司的OMAP3430處理器具有先進(jìn)超級(jí)標(biāo)量Cortex-A8內(nèi)核的處理器業(yè)界第一個(gè)采用65nmCMOS工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的ARM處理器，提高了處理性能集成的圖像信號(hào)處理器（ISP）可提供更快、更高品質(zhì)的圖像捕捉功能，并且可以降低系統(tǒng)成本復(fù)合視頻和S端子TV輸出XGA（1024x768像素）、16M色（24位定義）顯示支持高速USB2.0OTG支持高達(dá)ARM11三倍的性能，使之成為3g應(yīng)用的首選，例如多普達(dá)T8388,NokiaN900,MOTOXT720等高端手機(jī)Cortex-M3內(nèi)核的應(yīng)用舉例

——意法半導(dǎo)體的STM32微控制器不支持ARM指令集，只支持Thumb-2指令集中斷向量表與其他ARM處理器有明顯區(qū)別STM32微控制器有兩個(gè)系列STM32F103“增強(qiáng)型”系列，72MHz主頻STM32F101“基本型”系列，36MHz主頻2.0到3.6V電源，當(dāng)復(fù)位電路工作時(shí)，在待機(jī)模式下最低功耗2μA，最適合電池供電的應(yīng)用設(shè)備。比同級(jí)別的基于ARM7TDMI的產(chǎn)品快30%。換句話說，如果處理性能相同，STM32產(chǎn)品功耗比同級(jí)別產(chǎn)品低75%。Intel公司生產(chǎn)的ARM系列處理器從所周知，Intel公司是PC平臺(tái)的x86系列微處理器生產(chǎn)商。但是，它也生產(chǎn)嵌入式處理器，不過該公司生產(chǎn)的嵌入式處理器并不是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。Intel公司購買了ARM的IP核先后生產(chǎn)出了兩種嵌入式處理器：StrongARM和XScale。除了維持指令集不變之外，Intel公司憑借自身強(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)實(shí)力，在功能上和性能上對(duì)這兩款嵌入式處理器做了改進(jìn)和提高，使得它們成為性能優(yōu)秀的嵌入式處理器。

基于S3C44B0X微處理器

的嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)3嵌入式操作系統(tǒng)

(1)可裝卸性。開放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。

(2)強(qiáng)實(shí)時(shí)性。EOS實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中。

(3)統(tǒng)一的接口。提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接入.

(4)操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學(xué)易用.

(5)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議，為各種移動(dòng)計(jì)算設(shè)備預(yù)留接口.

(6)強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)，這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS臭有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接日一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。

(7)固化代碼。在嵌入系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的ROM中。輔助存儲(chǔ)器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地拆卸，而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng).

(8)更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性.

國際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右。3-1嵌入式操作系統(tǒng)分類免費(fèi)型Linux：開放源碼；內(nèi)核小，效率高；易裁減；支持多種CPU和硬件平臺(tái)；眾多的開發(fā)工具；強(qiáng)大的技術(shù)支持；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能；圖像處理、文件管理、多任務(wù)支持。μC/OS：源碼公開；可移植，C+匯編；可固化，成為產(chǎn)品的一部分；可剪裁；占先式，總是運(yùn)行就緒條件下優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)；多任務(wù)，8+56；可確定性，執(zhí)行時(shí)間可知；任務(wù)棧；系統(tǒng)服務(wù)；中斷管理，255層嵌套；穩(wěn)定性與可靠性。3-1嵌入式操作系統(tǒng)分類商用型VxWorks：火星車；支持多種處理器，使用最廣泛。WindowsCE3.0：掌上設(shè)備、無線設(shè)備?；赪indows背景，界面美觀。內(nèi)核需要至少200K的ROM。PalmOS：3COM，PalmComputing掌上電腦公司；PDA。pSOS：WindRiver公司。OS-9：Microwave公司；靈活性和可升級(jí)性突出。3-3μC/OS操作系統(tǒng)的模塊劃分外圍設(shè)備硬件部分：

LCD，USB通信，鍵盤，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，時(shí)鐘和日歷。驅(qū)動(dòng)程序模塊： 連接底層硬件和上層API函數(shù)的紐帶，任何硬件的變化要隨之改變硬件的驅(qū)動(dòng)程序，不會(huì)影響API函數(shù)。操作系統(tǒng)的API函數(shù)： 應(yīng)用程序接口函數(shù)，模塊，簡化程序編寫。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的多任務(wù)管理： 多任務(wù)之間的調(diào)度與同步。3-3μC/OS操作系統(tǒng)的模塊劃分系統(tǒng)的消息隊(duì)列： 系統(tǒng)消息傳遞機(jī)制，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各任務(wù)之間、應(yīng)用程序各任務(wù)之間、應(yīng)用程序和系統(tǒng)各任務(wù)之間的通信。系統(tǒng)任務(wù)：

LCD刷新，鍵盤掃描等。用戶應(yīng)用程序： 建立于主任務(wù)基礎(chǔ)之上，通過調(diào)用系統(tǒng)API函數(shù)進(jìn)行操作。任務(wù)之間的協(xié)調(diào)主要依賴于系統(tǒng)的消息隊(duì)列。

3-4μC/OS的特點(diǎn)分析可靠性：開發(fā)過程遇到困難，程序跑飛，死循環(huán)?？撮T狗，單步。μC/OS把整個(gè)程序分成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)相對(duì)獨(dú)立。設(shè)置超時(shí)函數(shù)，時(shí)間用完，交出CPU使用權(quán)，即使一個(gè)任務(wù)發(fā)生問題，也不會(huì)影響其他任務(wù)的運(yùn)行。μC/OS啟動(dòng)過程比較簡單：內(nèi)核和應(yīng)用程序一起編譯成一個(gè)文件，轉(zhuǎn)換成HEX格式，寫入Flash即可。3-5手機(jī)操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)的制高點(diǎn)：Windows

Mobile：WinCE,2010年，Win7嵌入式版本也會(huì)發(fā)布。Symbian(塞班)：由諾基亞、索尼愛立信、摩托羅拉、西門子等幾家大型移動(dòng)通訊設(shè)備商共同出資組建的一個(gè)合資公司,專門研發(fā)手機(jī)操作系統(tǒng)?，F(xiàn)已被NOKIA全額收購?，F(xiàn)由Symbian基金會(huì)管理，為開源做準(zhǔn)備。Blackberry（黑莓）：最早是指由加拿大ReserachInMotion，簡稱RIM公司推出的一種無線手持郵件解決終端設(shè)備，后發(fā)展為獨(dú)樹一幟的智能手機(jī)。操作系統(tǒng)不開放。3-5手機(jī)操作系統(tǒng)Android：本義指“機(jī)器人”，同時(shí)也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱，該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，號(hào)稱是首個(gè)為移動(dòng)終端打造的真正開放和完整的移動(dòng)軟件。是Google與開放手機(jī)聯(lián)盟合作開發(fā)的，這個(gè)聯(lián)盟由包括中國移動(dòng)、摩托羅拉、Intel、高通、ARM和HTC在內(nèi)的30多家技術(shù)和無線應(yīng)用的領(lǐng)軍企業(yè)組成。Android，對(duì)前三者進(jìn)行直接叫板，因?yàn)榫薮蟮纳秸瘷C(jī)市場，免費(fèi)的午餐，一塊大肥肉。

4嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來

4-1現(xiàn)狀“4～5年后，嵌入式智能工具將是PC和Internet之后最偉大的發(fā)明?！薄岣鹇妪嫷?，Jan.,199920世紀(jì)90年代，嵌入式技術(shù)成為通信和消費(fèi)類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。 數(shù)字電視廣播（DVB）；數(shù)字音頻廣播（DAB）；個(gè)人移動(dòng)通信；手寫文字輸入；語音撥號(hào)上網(wǎng)；

ATM；自動(dòng)售貨機(jī)；長虹ADSL產(chǎn)品，智能化網(wǎng)絡(luò)化家電；硬件方面：各大公司微處理器芯片，供學(xué)習(xí)研發(fā)用的開發(fā)包。巨大的市場需求提供了資金和技術(shù)力量。4-1現(xiàn)狀軟件方面：相當(dāng)成熟。國外：WindRiver、Microsoft、QNX、Nuclear。我國自主開發(fā)：DeltaSystem（科銀京成公司）、Hopen（中科院）。網(wǎng)上有大量的免費(fèi)資源。嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過1萬億美元。5年來僅僅基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品就已經(jīng)在美國產(chǎn)生了一個(gè)每年1500億美元的新市場。國內(nèi)嵌入式應(yīng)用開發(fā)很廣，但在嵌入式開發(fā)工具、儀器設(shè)備的研究領(lǐng)域幾乎是空白。4-2未來嵌入式開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程：很多廠商在提供嵌入式軟硬件的同時(shí)，將開發(fā)環(huán)境作為重點(diǎn)來推廣。SamsungARM7、ARM9芯片，開發(fā)板和支持包；WindowsCE的EmbeddedVC++；VxWorks的Tornado。網(wǎng)絡(luò)化、信息化要求的提高使得單一功能的設(shè)備功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。開發(fā)更強(qiáng)大的處理器，64位。要求芯片上集成更多的功能。接口（USB），總線（CANBUS），多媒體。4-2未來網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然：硬件上提供網(wǎng)絡(luò)通信接口；支持各種協(xié)議；提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件；系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，嵌入web瀏覽器，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)在線。精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?。使用最佳的編程模型，不斷改進(jìn)算法。豐富的硬件知識(shí)+先進(jìn)的嵌入式軟件技術(shù)。提供友好的多媒體人機(jī)界面：PDA。圖：嵌入式Internet應(yīng)用

看看下面這段話，來自信息產(chǎn)業(yè)部通信業(yè)是以技術(shù)為發(fā)展核心的產(chǎn)業(yè)，3G是未來技術(shù)發(fā)展的核心。國家信息產(chǎn)業(yè)部公布的信息產(chǎn)業(yè)“十一五”期間12項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目中，芯片、軟件、3G列前三名。隨著“三網(wǎng)融合”不斷提速，3G網(wǎng)絡(luò)全面鋪開，移動(dòng)商務(wù)和移動(dòng)增值服務(wù)軟件開發(fā)人員的需求量約在35-50萬人左右。業(yè)內(nèi)專家估算，3G正式啟動(dòng)之后嵌入、移動(dòng)商務(wù)、增值業(yè)務(wù)：通信行業(yè)人才需求方向繼續(xù)：嵌入、移動(dòng)商務(wù)、增值業(yè)務(wù)是通信行業(yè)人才需求的三大方向。移動(dòng)通信行業(yè)是嵌入式軟件最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，手機(jī)用嵌入式軟件幾乎占到了整個(gè)嵌入式軟件應(yīng)用規(guī)模的60%。到了3G時(shí)代，手機(jī)、數(shù)字電視、信息家電、網(wǎng)絡(luò)電話、汽車電子、醫(yī)療電子等都將是嵌入式軟件的重要應(yīng)用領(lǐng)域。嵌入式軟件開發(fā)是未來幾年最熱門和最受歡迎的職業(yè)之一。具有10年工作經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)嵌入式軟件工程師年薪在30萬元左右。即使是初級(jí)的嵌入式軟件開發(fā)人員，平均月薪也在5000元左右，中高級(jí)的嵌入式軟件工程師月薪平均已超過萬元。再繼續(xù)：移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展使移動(dòng)商務(wù)興起，移動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)為軟件行業(yè)發(fā)展找到了新方向。專家預(yù)測，在未來，移動(dòng)商務(wù)將成為整個(gè)社會(huì)商業(yè)運(yùn)行的主要模式。目前我國移動(dòng)商務(wù)軟件的需求量正以極高的速度增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，能源、教育、交通、娛樂、制造、政府、金融、物流等行業(yè)都是移動(dòng)商務(wù)的需求大戶。由此而帶動(dòng)人才市場對(duì)移動(dòng)商務(wù)軟件供不應(yīng)求，移動(dòng)商務(wù)軟件開發(fā)工程師成了搶手貨。幾個(gè)熱點(diǎn)名詞3G：3G是英文the3rdGeneration的縮寫，指第三代移動(dòng)通信技術(shù)。相對(duì)第一代模擬制式手機(jī)(1G)和第二代GSM、CDMA等數(shù)字手機(jī)(2G)，第三代手機(jī)（3G）一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

Wi-Fi：（WirelessFidelity，無線相容性認(rèn)證），俗稱無線寬帶，正式名稱是“IEEE802.11b”。與藍(lán)牙一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面，該技術(shù)比藍(lán)牙技術(shù)要差一些，但是在電波的覆蓋范圍方面則要略勝一籌。Wi